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Die Erfindung betrifft Einrichtungen zum in-situ Abgleich von Messsystemen zur Abscheidegradmessung an Abscheidern von Verunreinigungen eines strömenden Fluids in einem Strömungskanal.
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Die Art und Weise des Aufbaus einer Einrichtung für die Prüfung des Abscheidegrades von Abscheidern (Abscheiderprüfstand) ist unter anderem durch die Druckschrift
DE 35 20 356 A1 als Verfahren und Vorrichtung zum Prüfen von Filtern bekannt. Bei der Vorrichtung sind zwischen einem Aerosolgenerator und der Filtereinrichtung Verdünnungsstrecken zur Verdünnung des Aerosols angeordnet. Weiterhin weist die Messeinrichtung dieser Vorrichtung eine in der Aerosolhauptströmung angeordnete Messzelle mit einer Beleuchtungseinrichtung zur Beleuchtung der Aerosolhauptströmung mit einem Lichtband geringer Stärke und einer Beobachtungsoptik mit einem Fotodetektor auf. Die Messstelle ist für die anströmseitige Konzentration mit dem entsprechenden Messgerät und mit einem dazwischen geschalteten Verdünnungssystem verbunden. Weiterhin ist die Messstelle für die abströmseitige Konzentration direkt mit dem entsprechenden Messgerät verbunden.
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Der wichtigste Messwert beim Abscheideprozess ist der Abscheidegrad, der durch den Anteil des beim Abscheideprozess im Abscheider abgeschiedenen Prüfstoffes bezogen auf die insgesamt zugeführte Menge an Prüfstoff ermittelt wird. In der Praxis des Abscheideprozesses ist jedoch die Menge des hindurch tretenden Prüfstoffes messtechnisch unkomplizierter zugänglich, als die Menge des abgeschiedenen Prüfstoffes. Die Menge des abgeschiedenen Prüfstoffes wird dann aus der Differenz der zugeführten und der hindurch tretenden Menge an Prüfstoff gebildet. Die jeweiligen zu messenden Mengen an Prüfstoff werden dabei beispielsweise durch die entsprechenden Konzentrationen ausgedrückt.
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Bei dieser Bestimmung des Abscheidegrades kann eine Reihe von Fehlern auftreten, die das Ergebnis bis zur völligen Unbrauchbarkeit verfälschen können. Dies ist besonders in einer durchgängig sehr komplexen und empfindlichen Messtechnik für Prüfstoffkonzentrationen begründet.
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Bei Messgeräten für Messungen der jeweiligen an- und abströmseitigen Prüfstoffkonzentration gibt es üblicherweise auch bei gleicher Konzentration Abweichungen im Messwert. Zur Korrektur können an- und abströmseitige Messgeräte für Konzentrationen mit einem hinsichtlich der Prüfstoffkonzentration identischen Fluid beaufschlagt werden. Und mindestens ein Gerät wird so abgeglichen, dass für die Messung des Abscheidegrades Übereinstimmung der Konzentration erreicht wird.
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Im Strömungskanal oder an den Messstellen zur Konzentrationsmessung (Pobennahme) ist selbst mit Abscheideeffekten des Prüfstoffes zu rechnen. Ohne installierten Abscheider kann die Abscheidung im Strömungskanal des Abscheiderprüfstandes analog zu einem Abscheiderabscheidegrad bestimmt werden. Mit diesem Wert kann ein daraufhin im Abscheiderprüfstand bestimmter Abscheidegrad eines Abscheiders korrigiert werden.
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Ein Verdünnungssystem reduziert die Konzentration um das nominale Verdünnungsverhältnis immer mit einer gewissen Fehlertoleranz. Dagegen kann ein Verdünnungssystem hinsichtlich seines Verdünnungsverhältnisses kalibriert werden. Die Kalibrierung kann mittels erneuter Kalibrierung oder durch Vergleich mit einem Referenzgerät bestätigt oder abgelehnt werden.
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Für den Fall, dass das Konzentrationsmessgerät ein tatsächlich prüfstofffreies Fluid misst, kann fehlerhaft ein von „0“ verschiedener Konzentrationsmesswert ausgegeben werden. Dazu kann dem Konzentrationsmessgerät ein sogenannter Absolutfilter als ein Filter, der einen gesicherten und extrem hohen Abscheidegrad für den Prüfstoff aufweist, vorgeschalten werden. Beim Betrieb des Messgerätes muss nun ein Messwert sehr nahe von „0“ ausgeben werden. Anderenfalls kann eine Korrektur am Messgerät vorgenommen werden.
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Nachteilig ist dabei, dass Veränderungen an einem vorhandenen Abscheiderprüfstand aufwändig an den einzelnen Geräten durchgeführt werden müssen. Bisher erfolgt das im Wesentlichen nur off-line, also außerhalb des Prüfstandes und manuell.
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Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum in-situ Abgleich von Messsystemen zur Abscheidegradmessung an Abscheidern mit minimalen Messfehlern zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.
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Die Einrichtungen zum in-situ Abgleich von Messsystemen zur Abscheidegradmessung an Abscheidern von Verunreinigungen eines strömenden Fluids in einem Strömungskanal zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass ein Messsystem zur Abscheidegradmessung an Abscheidern mit einem minimalen Messfehler gegeben ist.
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Dazu weist eine Einrichtung
- – eine erste ein strömendes Fluid erzeugende Baugruppe,
- – eine zweite dem strömenden Fluid einen Prüfstoff zusetzende Baugruppe,
- – einen Abscheider im strömenden und mit dem Prüfstoff angereicherten Fluid,
- – Messstellen für die Konzentration des Prüfstoffes in Strömungsrichtung vor dem Abscheider und hinter dem Abscheider,
- – eine erste Ventilbaugruppe in den Strömungspfaden der Messstellen,
- – ein Verdünnungssystem für eine zu hohe Prüfstoffkonzentration in wenigstens einem Strömungspfad,
- – eine zweite Ventilbaugruppe in den Strömungspfaden der Messstellen,
- – Messgeräte für die Prüfstoffkonzentration in den Strömungspfaden vorhandenes Fluid und
- – eine mit den Betätigungseinrichtungen der Ventile der Ventilbaugruppen zusammengeschaltete Steuereinrichtung
auf.
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Dabei ist die Steuereinrichtung eine die Strömungspfade zwischen den Messstellen der Prüfstoffkonzentration und den Messgeräten für die Prüfstoffkonzentrationen so schaltbare Steuereinrichtung, dass die Messgeräte direkt oder über das Verdünnungssystem entweder mit den Messstellen oder gemeinsam mit nur einer der Messstellen für die Prüfstoffkonzentration verbunden sind.
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Die Einrichtung betrifft damit eine in-situ Validierung von Messsystemen zur Abscheidegradmessung an Abscheidern, insbesondere Filter, bestehend aus einer Anordnung von Strömungskanälen mit über die Steuereinrichtung steuerbaren Ventilen zur automatisierten Verbindung von Messgeräten zur Erfassung von Prüfstoffkonzentrationen mit dem Zweck diese aufeinander abzugleichen.
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Abscheider entfernen aus einem strömenden Fluid unerwünschte Verunreinigungen. Das Fluid kann dabei eine Flüssigkeit oder ein Gas sein. Die Verunreinigungen können aus Partikeln in fester oder flüssiger Form oder aus vom genannten Fluid unterschiedlichen Gas bestehen.
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Zur Beurteilung derartige Abscheider hinsichtlich ihrer Qualität bezüglich der Abscheideleistung und Abscheidequalität wird mit dem Abscheider eine Abscheidungsprüfung durchgeführt.
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Hierzu wird der Abscheider in einem Strömungskanal installiert und mit einem Fluid durchströmt. Dem Fluid wird ein Prüfstoff zugegeben, dessen Grad der Abscheidung den Abscheider charakterisiert.
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Der Abscheideprozeß ist sehr komplex und das Ergebnis hängt von einer Vielzahl von Einflussfaktoren ab. Sinnvolle Ergebnisse lassen sich zum einen erreichen, wenn die Prüfbedingungen, insbesondere Art und Volumenstrom des Fluids und Art und Konzentration des Prüfstoffes, den praktischen Einsatzbedingungen des Abscheiders entsprechen. Hier kann das Verhalten des Abscheiders in einer bestimmten Applikation bewertet werden. Zum anderen sind Prüfbedingungen hinsichtlich genannter Parameter genormt, so dass verschiedene Abscheider in diesem Fall qualifiziert untereinander verglichen werden können.
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Der wichtigste Messwert dieser Prüfung, der Abscheidegrad, wird durch den Anteil des beim Abscheideprozess im Abscheider abgeschiedenen Prüfstoffes bezogen auf die insgesamt zugeführte Menge an Prüfstoff ermittelt. In der Praxis des Abscheideprozesses ist jedoch die Menge des hindurch tretenden Prüfstoffes messtechnisch unkomplizierter zugänglich, als die Menge des abgeschiedenen Prüfstoffes. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn die Messungen des Abscheidegrades ohne wesentliche Störungen des Prüfprozesses gefordert werden.
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Weniger kritisch sind Abweichungen des Messwertes des Konzentrationsmessgerätes von der wahren Konzentration an Prüfstoff für den Fall, dass diese Abweichung für die an- und abströmseitige Messung gleichermaßen zutrifft, da sich dieser Fehler bei der Bestimmung des Abscheidegrades ausgleicht.
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Erfindungsgemäß wird durch die Einrichtung zum in-situ Abgleich von Messsystemen zur Abscheidegradmessung an Abscheidern zwecks Minimierung von Messfehlern diese Fehlererkennungs- und Vermeidungsstrategie ohne hardwaretechnische Veränderung automatisiert durchgeführt. Damit ist auch vorteilhafterweise ein kontinuierlicher Abgleich im Rahmen einer Kontrollmessung möglich.
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Die Einrichtung für die Bestimmung des Abscheidegrades eines Abscheiders besteht damit, neben den Komponenten für die Durchströmung mit dem Fluid und der Dosiereinrichtung für den Prüfstoff, hauptsächlich aus zwei Messstellen zur Ermittlung der Konzentration des Prüfstoffes mit dazu geeigneten Messgeräten. Die Messstellen sind jeweils in Strömungsrichtung vor und hinter dem Abscheider angeordnet (an- und abströmseitig). Bei hocheffizienten Abscheidern kommt noch eine weitere Einrichtung hinzu, deren Beitrag zum Messfehler ebenfalls bewertet werden muss. Hier ist der Konzentrationsunterschied an Prüfstoff an- und abströmseitig vom Abscheider hoch, so dass der Dynamikumfang bezüglich der Messgröße bei weitem überschritten ist. Zur Messung der hohen anströmseitigen Konzentration, diese ist notwendig um abströmseitig noch ein messbares Signal hervorzurufen, ist dann ein Verdünnungssystem dem Messgerät vorzuschalten. Dieses setzt die Konzentration an Prüfstoff um einen bestimmten Faktor, dem Verdünnungsverhältnis, herab.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 8 angegeben.
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Die Steuereinrichtung ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 2 mit den Betätigungseinrichtungen der Ventile der Ventilbaugruppen so verbunden, dass das Verdünnungssystem für die Prüfstoffkonzentration in den Strömungspfaden zwischen den Messstellen der Prüfstoffkonzentration und den Messgeräten für die Prüfstoffkonzentrationen wechselseitig unmittelbar dem einen Messgerät und danach dem anderen Messgerät für die Prüfstoffkonzentration verbunden ist.
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Nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 3 befindet sich in wenigstens einem Strömungspfad zwischen den Messstellen der Prüfstoffkonzentration und den Messgeräten für die Prüfstoffkonzentrationen ein Referenz-Verdünnungssystem.
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Die Steuereinrichtung ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 4 mit den Betätigungseinrichtungen der Ventile der Ventilbaugruppen so zusammengeschaltet, dass die Messstellen für die Prüfstoffkonzentrationen jeweils mit einem Messgerät für die Prüfstoffkonzentration verbunden sind. Darüber hinaus sind im Strömungspfad zwischen der in Strömungsrichtung des Fluids vor dem Abscheider liegenden Messstelle und einem Messgerät das Verdünnungssystem für die Prüfstoffkonzentration sowie im Strömungspfad zwischen der in Strömungsrichtung des Fluids nach dem Abscheider liegenden Messstelle und dem anderen Messgerät das Referenz-Verdünnungssystem angeordnet.
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Die Steuereinrichtung ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 5 mit den Betätigungseinrichtungen der Ventile der zweiten Ventilbaugruppe so zusammengeschaltet, dass die Messgeräte über die zweite Ventilbaugruppe mit jeweils einem Absolutfilter für den Prüfstoff verbunden sind.
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Der Abscheider befindet sich nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 6 in einer Vorrichtung zur lösbaren Platzierung des Abscheiders im strömenden und mit dem Prüfstoff angereicherten Fluid.
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Die erste Ventilbaugruppe und die zweite Ventilbaugruppe bestehen vorteilhafterweise nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 7 jeweils aus wenigstens zwei miteinander verbundenen Drei-Zwei-Wegeventilen. Anstelle eines Dreiwegventils können auch natürlich zwei Zwei-Zwei-Wegeventilen eingesetzt werden. Darüber hinaus können auch andere Ventilkombinationen zur Realisierung der Messfunktionen zum Einsatz kommen.
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Die Steuereinrichtung ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 8 ein Bestandteil eines Datenverarbeitungssystems, welches weiterhin mit der ersten ein strömendes Fluid erzeugenden Baugruppe, der zweiten dem strömenden Fluid einen Prüfstoff zusetzenden Baugruppe und den Messgeräten für die Prüfstoffkonzentration in den Strömungspfaden vorhandenes Fluid zusammengeschaltet ist. Damit ist ein kompakter in-situ Abgleich von Messsystemen zur Abscheidegradmessung an Abscheidern von Verunreinigungen eines strömenden Fluids in einem Strömungskanal vorhanden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen jeweils prinzipiell dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen:
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1 eine Einrichtung zum in-situ Abgleich von Messsystemen zur Abscheidegradmessung an Abscheidern von Verunreinigungen eines strömenden Fluids in einem Strömungskanal,
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2 eine erste Ventilbaugruppe für eine derartige Einrichtung,
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3 eine zweite Ventilbaugruppe für eine derartige Einrichtung,
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4 eine Einrichtung mit einem Referenz-Verdünnungssystem,
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5 eine erste Ventilbaugruppe für eine Einrichtung mit einem Referenz-Verdünnungssystem,
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6 eine zweite Ventilbaugruppe für eine Einrichtung mit einem Referenz-Verdünnungssystem,
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7 eine Einrichtung mit einem Referenz-Verdünnungssystem und zusätzlichen Absolutfiltern und
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8 eine zweite Ventilbaugruppe für eine Einrichtung mit einem Referenz-Verdünnungssystem mit zusätzlichen Absolutfiltern.
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Eine Einrichtung zum in-situ Abgleich von Messsystemen zur Abscheidegradmessung an Abscheidern 4 von Verunreinigungen eines strömenden Fluids in einem Strömungskanal 1 besteht im Wesentlichen aus einer ersten ein strömendes Fluid erzeugenden Baugruppe 2, einer zweiten dem strömenden Fluid einen Prüfstoff zusetzenden Baugruppe 3, einem Abscheider 4, Messstellen 5, 6 für die Konzentration des Prüfstoffes, einer ersten Ventilbaugruppe 10, einem Verdünnungssystem 9, einer zweiten Ventilbaugruppe 11, Messgeräten 7, 8 für die Prüfstoffkonzentration und einer Steuereinrichtung.
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Die 1 zeigt eine Einrichtung zum in-situ Abgleich von Messsystemen zur Abscheidegradmessung an Abscheidern 4 von Verunreinigungen eines strömenden Fluids in einem Strömungskanal 1 in einer prinzipiellen Darstellung.
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Eine erste ein strömendes Fluid erzeugende Baugruppe 2 ist an den Strömungskanal 1 angeschlossen. An den Strömungskanal ist die zweite dem strömenden Fluid einen Prüfstoff zusetzende Baugruppe 3 angekoppelt. Im Strömungskanal 1 befindet sich der Abscheider 4 im strömenden und mit dem Prüfstoff angereicherten Fluid. Der Abscheider 4 kann sich in einer Vorrichtung zur lösbaren Platzierung des Abscheiders 4 im strömenden und mit dem Prüfstoff angereicherten Fluid befinden. In Strömungsrichtung des Fluids vor und hinter dem Abscheider 4 sind die Messstellen 5, 6 für die Konzentration des Prüfstoffes angeordnet. Diese sind mit der ersten Ventilbaugruppe 10 in den Strömungspfaden der Messstellen 5, 6 verbunden. Die erste Ventilbaugruppe 10 ist mit dem Verdünnungssystem 9 für eine zu hohe Prüfstoffkonzentration in wenigstens einem Strömungspfad und der zweiten Ventilbaugruppe 11 in den Strömungspfaden der Messstellen 5, 6 verbunden. Die zweite Ventilbaugruppe 11 ist weiterhin mit den Messgeräten 7, 8 für die Prüfstoffkonzentration in den Strömungspfaden vorhandenes Fluid zusammengeschaltet.
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Dazu zeigen
die 2 eine erste Ventilbaugruppe 10 für eine derartige Einrichtung und
die 3 eine zweite Ventilbaugruppe 11 für eine derartige Einrichtung jeweils in prinzipieller Darstellung.
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Die erste Ventilbaugruppe 10 und die zweite Ventilbaugruppe 11 bestehen jeweils aus zwei miteinander verbundenen Dreiwegventilen. Die Betätigungseinrichtungen der Ventile der Ventilbaugruppen 10, 11 sind mit einer Steuereinrichtung zusammengeschaltet, die in den 2 und 3 nicht gezeigt ist. Die Steuereinrichtung ist dazu eine die Strömungspfade zwischen den Messstellen 5, 6 der Prüfstoffkonzentration und den Messgeräten 7, 8 für die Prüfstoffkonzentrationen so schaltbare Steuereinrichtung, dass die Messgeräte 7, 8 direkt oder über das Verdünnungssystem 9 entweder mit den Messstellen 5, 6 oder gemeinsam mit nur einer der Messstellen 5, 6 für die Prüfstoffkonzentration verbunden sind.
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Die Steuereinrichtung kann weiterhin mit den Betätigungseinrichtungen der Ventile der Ventilbaugruppen 10, 11 so verbunden sein, dass das Verdünnungssystem 9 für die Prüfstoffkonzentration in den Strömungspfaden zwischen den Messstellen 5, 6 der Prüfstoffkonzentration und den Messgeräten 7, 8 für die Prüfstoffkonzentrationen wechselseitig unmittelbar dem einen Messgerät 7 und danach dem anderen Messgerät 8 für die Prüfstoffkonzentration verbunden ist.
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Die 4 zeigt eine Einrichtung zum in-situ Abgleich von Messsystemen zur Abscheidegradmessung an Abscheidern 4 von Verunreinigungen eines strömenden Fluids in einem Strömungskanal 1 mit einem Referenz-Verdünnungssystem 12 in einer prinzipiellen Darstellung.
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In einer ersten Ausführungsform befindet sich in wenigstens einem Strömungspfad zwischen den Messstellen 5, 6 der Prüfstoffkonzentration und den Messgeräten 7, 8 für die Prüfstoffkonzentrationen ein Referenz-Verdünnungssystem 12.
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Dazu zeigen
die 5 eine erste Ventilbaugruppe 10 für eine derartige Einrichtung und
die 6 eine zweite Ventilbaugruppe 11 für eine derartige Einrichtung jeweils in prinzipiellen Darstellung.
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Die erste Ventilbaugruppe 10 und die zweite Ventilbaugruppe 11 dieser ersten Ausführungsform bestehen jeweils aus drei miteinander verbundenen Dreiwegventilen. Die Betätigungseinrichtungen der Ventile der Ventilbaugruppen 10, 11 sind mit der Steuereinrichtung zusammengeschaltet, die in den 4 und 5 nicht gezeigt ist. Die Steuereinrichtung ist dazu mit den Betätigungseinrichtungen der Ventile der Ventilbaugruppen 10, 11 so zusammengeschaltet, dass die Messstellen 5, 6 für die Prüfstoffkonzentrationen jeweils mit einem Messgerät 7, 8 für die Prüfstoffkonzentration verbunden sind, dass im Strömungspfad zwischen der in Strömungsrichtung des Fluids vor dem Abscheider 4 liegenden Messstelle 5 und einem Messgerät 7 das Verdünnungssystem 9 für die Prüfstoffkonzentration sowie im Strömungspfad zwischen der in Strömungsrichtung des Fluids nach dem Abscheider 4 liegenden Messstelle 6 und dem anderen Messgerät 8 das Referenz-Verdünnungssystem 12 angeordnet sind.
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Die 7 zeigt eine Einrichtung zum in-situ Abgleich von Messsystemen zur Abscheidegradmessung an Abscheidern 4 von Verunreinigungen eines strömenden Fluids in einem Strömungskanal 1 mit einem Referenz-Verdünnungssystem 12 und Absolutfiltern 13, 14 in einer prinzipiellen Darstellung.
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In einer zweiten Ausführungsform sind Absolutfilter 13, 14 Bestandteile der Einrichtung zum in-situ Abgleich von Messsystemen zur Abscheidegradmessung an Abscheidern 4 von Verunreinigungen eines strömenden Fluids in einem Strömungskanal 1.
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Die 8 zeigt eine zweite Ventilbaugruppe 11 für eine derartige Einrichtung in einer prinzipiellen Darstellung.
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Die zweite Ventilbaugruppe 11 besitzt fünf Dreiwegventile, die jeweils miteinander verbunden sind. Die Steuereinrichtung ist mit den Betätigungseinrichtungen der Ventile der zweiten Ventilbaugruppe 11 so zusammengeschaltet, dass die Messgeräte 7, 8 über die zweite Ventilbaugruppe 11 mit jeweils einem Absolutfilter 13, 14 für den Prüfstoff verbunden sind.
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Die Steuereinrichtung kann ein Bestandteil eines Datenverarbeitungssystems sein, welches mit
- – der ersten ein strömendes Fluid erzeugenden Baugruppe 2,
- – der zweiten dem strömenden Fluid einen Prüfstoff zusetzenden Baugruppe 3,
- – den Messgeräten 7, 8 für die Prüfstoffkonzentration in den Strömungspfaden vorhandenes Fluid zusammengeschaltet ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Strömungskanal
- 2
- erste Baugruppe
- 3
- zweite Baugruppe
- 4
- Abscheider
- 5, 6
- Messstellen
- 7, 8
- Messgeräte
- 9
- Verdünnungssystem
- 10
- erste Ventilbaugruppe
- 11
- zweite Ventilbaugruppe
- 12
- Referenz-Verdünnungssystem
- 13, 14
- Absolutfilter
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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